Хімія гетероциклических сполук є одним з найважливіших розділів органічної хімії. Гетероциклічними сполуками, відповідно до класичного визначення, варто називати молекули, у цикл яких крім атомів вуглецю входять один або декілька гетероатомів. Найчастіше в якості гетероатомів виступають атоми азоту (N), кисню (O), сірки (S), а також фосфору (P), селен (Se), кремнію (Sі).

Як показали теоретичні й експериментальні дослідження в області гетероциклів, активна роль гетероатомов у циклічній системі визначається насамперед наявністю в них неподілених електронних пар. Особливості хімічної поведінки гетероциклічних сполук залежать від природи взаємодії неподілених електронних пар гетероатомів (або гетероатома) і електронів циклічної системи.

У даній курсовій роботі будуть розглянуті методи систезу хіноліну.

Хінолін та його похідні застосовуються як лікарські засоби, наприклад, атофан, ентеросептол, хінозол.

Мета роботи полягає в тому, щоб розглянути основні методи синтезу хінолінів.

Завдання роботи:

1) дати характеристику будови та властивостей хіноліну та його похідних;

2) навести схеми основних методів синтезу хіноліну та його похідних.

1. Хінолін: номенклатура, будова та властивості

1.1 Особливості номенклатури та будови хіноліну

За номенклатурою, прийнятою для гетероциклічних сполук, хінолін можна назвати бензо[b] піридином, а ізохінолін – бензо[з] піридином. Ця номенклатура заснована на тому, що сторонам гетероциклічного фрагмента привласнюються індекси – «а» – для зв'язку гетероатом – a‑атом вуглецю, «b» – для зв'язку, що з'єднує a і b атоми вуглецю, і так далі. При анелюванні іншого циклу до вихідного гетероциклу в квадратних дужках вказується позначення сторони, по якій відбувається анелювання.

Так само, як і піридин, хінолін і ізохінолін містяться в кам'яновугільній смолі, відкіля вони можуть бути виділені завдяки тому, що, подібно піридинові, є основами.

Вплив атома азоту на бензольне кільце виражений слабше, ніж на піридинове кільце. Реакції електрофільного заміщення протікають легше, ніж у піридині. Також протікають реакції нуклеофільного заміщення, і хінолін виявляє основні властивості, як піридин.

1.2 Властивості хіноліну

Хінолін – гетероциклічна сполука, у якій бензольне кільце анельовано з піридиновим через атоми вуглецю. Хінолін – стабільна, малоразчинна у воді, рідина з неприємним запахом. Його температура кипіння 237 °С, а плавлення -16 °С. Спочатку хінолін було виділено з кам'яновугільної смоли.

Хінолін – безбарвна рідина, добре змішується з водою, етанолом, діетиловим ефіром та іншими органічними розчинниками, переганяється з водяною парою.

Хінолін є ароматичною сполукою. Його молекула має плоску будову та містить замкнену спряжену π-електронну систему з 10π-електронів, яка задовольняє правилу Хюккеля.

За хімічними властивостями хінолін нагадує піридин. Йому характерні реакції за участю гетероатома, реакції електрофільного та нуклеофільного заміщення атомів водню хінолінового ядра, а також реакції окиснення та відновлення.

1. Реакції по гетероатому. Наявність у молекулі хіноліну атома азоту піридинового типу надає сполуці основних властивостей. Як основа хінолін дещо слабший від піридину (рК_вн + хіноліну в Н₂ О становить 4,94; pK_DH + піридину 5,25).

За участю гетероатома хінолін, аналогічно піридину, утворює солі з сильними кислотами, алкіл- і ацилгалогенідами:

2. Реакції електрофільного та нуклеофільного заміщення. Через електроно-акцепторний вплив гетероатома в молекулі хіноліну електронна густина зменшена у порівнянні до його бензоаналогу – нафталіну – та розподілена нерівномірно: в піридиновому кільці вона нижче, ніж у бензольному. Тому при дії електрофільними реагентами заміщення переважно іде по бензольному кільцю, а нуклеофільними– по піридиновому.

Реакції електрофільного заміщення в молекулі хіноліну проходять здебільшого в положеннях 5 і 8. Так, при нітруванні нітруючою сумішшю утворюється суміш 5- і 8‑нітрохінолінів, сульфування концентрованою сірчаною кислотою при 220 °С приводить до утворення 8‑хінолінсульфокислоти, а при 300 °С – термодинамічно вигіднішої 6‑хінолінсульфокислоти (за цих умов 5- і 8-ізомери перегруповуються в 6-ізомер).

В реакції нуклеофільного заміщення хінолін вступає легше, ніж піридин. При цьому, як і в кільці піридину, нуклеофільній атаці піддається переважно положення 2. Так, при дії на хінолін амідом натрію в середовищі рідкого аміаку утворюється 2‑амінохінолін, з гідроксидом калію при 280–300 °С хінолін утворює 2‑гідроксихінолін:

3. Реакції відновлення і окиснення . Відновлення хіноліну проходить передусім у піридиновому ядрі. При дії більшості відновників з високим виходом утворюється 1,2‑дигідрохінолін, у присутності нікелю Ренея хінолін відновлюється воднем до 1,2,3,4‑тетрагідрохіноліну. Каталітичне гідрування за жорстких умов торкається також бензольного кільця.

Окиснення хіноліну та його гомологів з замісниками в бензольному ядрі дією перманганатом калію в лужному середовищі супроводжується розщепленням бензольного кільця та приводить до утворення 2,3‑піридиндикарбонової кислоти (хінолінова кислота).

Аналогічно піридину, в присутності пероксикислот хінолін окислюється по гетероатому з утворенням N‑оксиду:

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--